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一种脱玻化珍珠岩制备的陶瓷透水砖及其制备方法与流程

来源：花匠小妙招时间：2025-02-25 01:42

1.本发明属于建筑材料科学技术领域，具体涉及一种脱玻化珍珠岩制备的陶瓷透水砖及其制备方法。

背景技术：

2.目前，全球能源、水资源匮乏，同时沙化面积扩大和风沙的频繁发生，使人类生存的环境日趋恶劣。目前城市居民居住的地方主要被用花岗岩、大理石、釉面砖、水泥和柏油等不透水的材质铺设的城市广场、商业街、人行道、社区活动地、停车场等的地面包围着，硬化地面对城市环境的危害非常大，下雨时，硬化地面完全阻止了雨水直接渗透入地，满地积水使人们出行变得很不方便，宝贵的水资源最后随着排水管道流走，加重了城市排水设施的负担；雨水的大量流失导致地下水位难以回升，直接影响到城市植被的健康，使得城市中的地表植物难以正常生长，加重市政绿化负担。为了解决这些现存的问题，提出了利用透水建筑材料建设“海绵城市”的理念。
3.目前国内市面上的广场砖透水砖产品，主要以纤维混凝土透水砖与普通透水砖，普通型的透水砖通常按照常规方式进行制造，采用普通的碎石进行压制，一般用于城市公园、广场、人行道等，是较为常用的材料。聚合物纤维的混凝土透水砖，是采用花岗石以及高强度的水泥混合而成，其中加入聚丙烯纤维，将多种材料混合压制成型。由于其中基体材料为水泥和部分碎石，渗水蓄水性能较为一般，而聚合物纤维混凝土砖，采用有机聚合物胶黏剂，一般使用寿命、耐候性等也大受限制，使得城市园林，广场等基础设施翻修几率大大增加，同时也浪费大量的材料和人工成本。
4.为了克服采用碎石、花岗石、水泥等为骨料制备的透水砖的缺陷，出现了以珍珠岩等矿石原料为骨料制备的陶瓷透水砖，例如专利cn106116551b公开的利用珍珠岩制作的陶瓷透水砖，但是存在耗费珍珠岩原矿资源的问题，因此如何优化陶瓷透水砖的骨料结构，以脱玻化的珍珠岩副矿、膨胀珍珠岩收尘微粉等固废物为原料制备各项综合性能优异的透水砖，为建设新型“海绵城市”提供更优质的建筑材料，成为了目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

5.为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种脱玻化珍珠岩制备的陶瓷透水砖，以脱玻化珍珠岩、陶瓷板材加工废料为骨料，以膨胀珍珠岩微粉、低温赤泥、硅灰石粉为熔剂，制备的透水砖蓄水系数高、渗水性能优异，并且具有良好的机械强度和耐候性。
6.同时，本发明还在于提供一种脱玻化珍珠岩制备的陶瓷透水砖的制备方法。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种脱玻化珍珠岩制备的陶瓷透水砖，由骨料、熔剂原料和其他辅料制备而成；其中骨料组成包括脱玻化珍珠岩和陶瓷板材颗粒；其中熔剂原料组成包括膨胀珍珠岩微粉、低温赤泥和硅灰石粉。
8.可选的，所述陶瓷板材颗粒为发泡陶瓷板材或轻质陶瓷板材加工切割后的边角料
破碎颗粒。
9.可选的，所述陶瓷板材颗粒为筒压强度＞2.0mpa，堆积密度150～230kg/m3的发泡陶瓷板材或轻质陶瓷板材加工切割后的边角料破碎颗粒。
10.作为优选的，上述脱玻化珍珠岩选用天梯矿区的脱玻化珍珠岩，河南珍珠岩主要集中于信阳和罗山交界处的天梯矿区，因受地下水作用，沿节理、裂缝常具脱玻化现象，脱玻化使玻璃质衰退，逐渐形成蒙脱石等粘土矿物，即膨润土，常被作为珍珠岩开采的副矿，本发明优选脱玻化的珍珠岩，充分合理有效利用资源。
11.作为优选的，上述陶瓷板材颗粒为信阳科美新型材料有限公司生产的轻质板材切割边角料破碎颗粒，就地取材，实现加工废料的有效回收利用。
12.作为优选的，本发明使用的膨胀珍珠岩微粉为珍珠岩开采过程中膨胀珍珠岩收尘微粉，实现对固废物的有效回收利用。
13.可选的，骨料与熔剂原料的重量份数用量为骨料75～80份，熔剂原料20～25份。
14.可选的，所述其他辅料为增塑剂，所述增塑剂为水玻璃，其重量份数用量≤1份。作为优选的，水玻璃为工业级泡花碱溶液，na2sio3≥50％。
15.可选的，所述骨料中各组分的重量份数用量为脱玻化珍珠岩35～60份，破碎板材颗粒15～40份。
16.可选的，所述熔剂原料中各组分的重量份数用量为膨胀珍珠岩微粉8～20份，低温赤泥2～15份，硅灰石粉0.5～3.0份。
17.可选的，所述骨料的颗粒粒径大小为20～100目。
18.上述脱玻化珍珠岩制备的陶瓷透水砖的制备方法，包括以下操作步骤：1)制备骨料颗粒：按重量份数用量取脱玻化珍珠岩和陶瓷板材颗粒，分别破碎后，混合备用；2)制备熔剂颗粒：按重量份数用量取膨胀珍珠岩微粉、低温赤泥、硅灰石粉，混合后加水球磨制浆，干燥制粒备用；3)压制成型：按重量份数用量取水玻璃制成水玻璃溶液，将步骤1)制备的骨料颗粒和步骤2)制备的熔剂颗粒分别用水玻璃溶液增湿，混合后陈腐，压制成型干燥，制得透水砖坯；4)烧制：步骤3)压制成型干燥的透水砖坯进行烧制，制得所述的陶瓷透水砖。
19.可选的，步骤1)中骨料颗粒粒径为20～100目；硅灰石为200目粉体，ca3si3o9含量≥90％；步骤2)中加水球磨制浆的料：球：水＝1：2：0.7，干燥制粒过60目筛；步骤3)中水玻璃溶液的质量浓度为0.4～2.0％，压制成型干燥的105℃烘干温度下烘干30min，压力为10～30mpa；步骤4)中烧成温度为1000～1150℃，保温时间6～15min。
20.本发明以脱玻化珍珠岩和陶瓷板材颗粒复配作为骨料，以膨胀珍珠岩微粉、低温赤泥和硅灰石粉作为熔剂原料，可以就地取材，结合信阳上天梯地区非金属矿加工应用的实际情况，利用脱玻化的珍珠岩等副矿，和膨胀珍珠岩收尘微粉等固废物，陶瓷板材加工切割后边角料破碎颗粒，实现资源的有效回收利用，制得抗折强度大于3mpa，透水系数≥3.0
×
10
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2cm./s的陶瓷透水砖。
附图说明
21.图1为本发明实施例提供的陶瓷透水砖的烧成曲线示意图；图2为本发明性能检测试验中骨料中各原料不同配比制备的陶瓷透水砖的光学显微镜对比图；其中图(a)为p
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05#：km1#质量比40：35；图(b)为(b)p
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05#：km1#质量比50：25；图3为本发明性能检测试验中骨料不同粒径制备的陶瓷透水砖的光学显微镜对比图；其中图(a)为d90粒径20
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40目；图(b)为d90粒径40
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100目；图4为本发明性能检测试验中不同烧成温度制备的陶瓷透水砖下断面的光学显微镜对比图；其中图(a)为1000℃；图(b)为1050℃。
具体实施方式
22.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
23.下述实施例采用的骨料原料和熔剂原料分别为：脱玻化珍珠岩为信阳天梯矿区的脱玻化珍珠岩；陶瓷板材颗粒为信阳科美新型材料有限公司生产的轻质板材切割边角料破碎颗粒，需要说明的是也可以采用其他筒压强度＞2.0mpa，堆积密度130～180kg/m3的发泡陶瓷板材或轻质陶瓷板材加工切割后的边角料破碎颗粒；膨胀珍珠岩微粉为信阳天梯矿区珍珠岩开采过程中膨胀珍珠岩收尘微粉，实现对固废物的有效回收利用。
24.硅灰石为200目粉体，ca3si3o9含量≥90％；水玻璃溶液为工业级泡花碱溶液，na2sio3≥50％；下述实施例在使用时按照水玻璃的重量份数用量取原水玻璃溶液后稀释为0.4～2.0wt％的水玻璃稀释溶液作为增湿增塑剂。
25.其中膨胀珍珠岩和低温赤泥的化学成分组成如表1所示(wt％)表1实施例
26.各实施例提供的制备陶瓷透水砖的各原料重量份数用量如下表2所示：表2
本发明上述实施例脱玻化珍珠岩制备的陶瓷透水砖的制备方法，具体操作步骤为：1)制备骨料颗粒：按重量份数用量取脱玻化珍珠岩和轻质陶瓷板材颗粒，分别破碎为d90为40～100目粒度，混合备用；2)制备熔剂颗粒：按重量份数用量取膨胀珍珠岩微粉、低温赤泥、硅灰石粉，混合后，按照料：球：水＝1：2：0.7加水球磨12min，制得浆料，干燥造粒过60目筛；3)压制成型：按水玻璃质量用量取水玻璃稀释溶液，将步骤1)制备的骨料颗粒和步骤2)制备的熔剂颗粒分别用水玻璃稀释溶液增湿，混合后陈腐，10mpa压力下压制成型，105℃温度下烘干30min，制得透水砖坯；4)烧制：步骤3)压制成型干燥的透水砖坯放入高温电阻炉中，设置烧制温度程序为0～30min升温至300℃，30～60min升温至900℃，60～65min保持900℃，65～90min升温至1080℃，90～100min升温至烧成温度1080℃，保温10min，温度曲线如图1所示，进行烧制，制得所述的陶瓷透水砖。
27.性能检测试验：下述试验采用光学显微镜观察陶瓷透水砖样品的断面显微结构；采用微机控制电子万能试验机测定样品的抗折强度；按照jc/t 945
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2005《透水砖》标准，测试样品透水性能：首先将试样固定于透水圆筒，用玻璃胶将试样上下四周密封，放入溢流水槽，然后往透水圆筒持续注水并保持水位恒定，待溢流水槽的溢流口和透水圆筒的溢流口流出水量稳定后，用量筒从溢流水槽的溢流口接水，记录t时间流出的水量，透水系数按如下公式计算：其中，k为陶瓷透水砖的透水系数(cm/s)；q为t时间内烧杯中的水量(ml)；d为试样的厚度(cm)；s为试验样品的上表面面积(cm2)；h为溢流水槽水位与透水圆筒水位之差(cm)；t为溢流时间(s)。
28.试验方法1：保持熔剂原料组成以及水玻璃的用量与实施例1相同，骨料中各原料的颗粒级配d90均在40
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100目的情况下，调整骨料中脱玻化珍珠岩(p
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05#)与陶瓷板材颗粒(km1#)的用量配比，其他制备工艺同实施例1，检测所制备的不同透水砖的性能，如下表4所示：表4
从表4可以看出，随着骨料中脱玻珍珠岩的含量比增加，透水砖的比重增加，同时抗折强度也在增加，而透水系数逐渐降低。说明在一定温度制度下，脱玻珍珠岩矿物生料更容易与高温粘结剂发生共熔反应生成液相，使其机械强度变大。但同时，因为高温共熔时，颗粒间孔隙率变小或减少，使得透水系数降低。而且组分配比合适时，透水系数变化并不大。取p
‑
05#:km1#的质量比在40：35，50：25时，图2(a)(b)为其断面的显微光学照片，此时强度较好，透水系数也比较稳定。
29.试验方法2：保持其他组分和制备方法与实施例1相同，调整骨料颗粒级配d90分别在10
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20目，20
‑
40目，40
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100目，≥100目范围内变化时，透水砖各项主要性能参数的变化如表5所示：表5d90主要性能参数10
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20目ρ＝0.86g/cm3，抗折强度3.0mpa，透水系数0.50cm/s20
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40目ρ＝1.07g/cm3，抗折强度5.2mpa，透水系数0.28cm/s40
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100目ρ＝1.73g/cm3，抗折强度6.1mpa，透水系数0.16cm/s≥100目ρ＝1.91g/cm3，抗折强度8.3mpa，透水系数0.06cm/s从表5可以看出，不同粒度等级的粉体颗粒在相同成型压力下，透水砖的密度随粒度的增大而减小。因为颗粒粒度越大，压制时粉体间孔隙率大，透水系数也越好，但是其高温粘结时，粉体颗粒间的粘结面减小，其机械强度反而减低。
30.图3(a)(b)分别为骨料粒径d90在20
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40目，和40
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100目时，透水砖断面的光学显微照片。
31.试验方法3：取骨料中p
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05#：km01为40：35，颗粒粒度d90在20
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40目，设置烧成温度为1050℃，其它配料组分及工艺条件同实施例1，改变压机的成型压力分别在5mpa、10mpa、15mpa、20mpa、30mpa时，。透水砖的各项性能参数如表6所示：表6成型压力主要性能参数5mpaρ＝0.76g/cm3，抗折强度2.3mpa，透水系数0.4cm/s10mpaρ＝1.33g/cm3，抗折强度3.2mpa，透水系数0.18cm/s15mpaρ＝1.71g/cm3，抗折强度6.1mpa，透水系数0.09cm/s20mpaρ＝1.72g/cm3，抗折强度6.0mpa，透水系数0.09cm/s30mpaρ＝1.78g/cm3，抗折强度6.3mpa，透水系数0.05cm/s从表6可以看出，坯体成型压力越小，烧结强度也较低，透水系数也较高。但压力超
过了一定阈值后，强度反而变化不大，甚至有少许减少。可能是压强超过15mpa后km1#颗粒有部分破碎为更细的不均匀粉体，导致抗折可能减小，透水系数却基本无变化。成型压力大于30mpa后，粉体颗粒间的空隙基本减小到了极值，透水系数也急剧减小。
32.试验方法4：取骨料中p
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05#：km01为40：35时，粉体粒度d90在20
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40目，成型压力在15mpa，其它配料组分不变，保持其它工艺条件不变(同实施例1)，透水砖的烧成温度分别在950℃、1000℃、1050℃、1080℃、1150℃，保温10min时，透水砖的各项性能参数分别如表7所示：表7烧成温度(℃)主要性能参数950ρ＝0.96g/cm3，抗折强度2.9mpa，透水系数0.3cm/s1000ρ＝1.63g/cm3，抗折强度4.2mpa，透水系数0.15cm/s1050ρ＝1.71g/cm3，抗折强度6.1mpa，透水系数0.09cm/s1080ρ＝1.73g/cm3，抗折强度6.8mpa，透水系数0.07cm/s1150ρ＝1.8g/cm3，抗折强度8.3mpa，透水系数0.03cm/s从表7可以看出，在一定范围内，随着烧成温度的升高，透水砖的抗折强度越来越大，透水系数随之降低。在950℃
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1000℃时，熔剂原料产生液相，部分开始与骨料粉体颗粒表面共同熔融产生液相，强度在逐渐增强，透水系数逐渐减小。超过1150℃时，骨料中的大部分粉体颗粒也开始熔融产生液相，填充了颗粒间的缝隙，孔隙率急剧减小，导致透水系数也急剧降低。图4(a)(b)分别为烧成温度在1000℃和1150℃时，透水砖断面的光学显微结构，可以明显看出孔隙率的变化。
33.由上述性能检测试验可知：以上天梯地区脱玻化珍珠岩重量份数用量35～60份，科美工厂破碎板材颗粒15～40份作为骨料，另膨胀珍珠岩微粉，低温赤泥，硅灰石粉等加水球磨，干燥制粉作为高温熔剂原料。骨料和熔剂原料经水玻璃溶液增湿增塑后，10mpa～30mpa压力下压制成型，控制烧成温度1000℃～1150℃，制得轻质陶瓷透水砖其密度在0.80～2.0g/cm3，抗折强度大于3mpa，透水系数≥3.0
×
10
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2cm/s。
34.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。